高中生物 第三单元 第二章 第三节 光能的捕获和利用课件 中图版必修1.ppt

第三节光能的捕获和利用 一 光合作用的早期研究请将科学家和其相关实验的结论连起来 二 叶绿体的结构和捕获光能的色素1 叶绿体 1 结构示意图 叶绿体膜 暗反应 与光合反应有关的色素和酶 2 功能 进行 的场所 3 功能的验证实验 恩吉尔曼的实验 好氧细菌只集中分布于 被光束照射的部位 光合作用 叶绿体 2 色素的种类和功能 叶绿素a 蓝紫光 和红光 中下层 最下层 叶绿素b 类胡萝 卜素 黄 橙黄 蓝紫光 中上层 最上层 三 光合作用过程1 光反应与暗反应 叶绿体类囊体膜 nadph o2 atp ch2o c5 叶绿体基质 adp pi 2 总反应式 co2 h2o ch2o o2 四 影响光合作用的因素1 2 土壤中的 3 光照的 4 温度 5 叶龄等 二氧化碳的浓度 水分和无机盐 强度 1 能进行光合作用的生物一定含有叶绿体 分析 不一定 如蓝藻没有叶绿体也能进行光合作用 2 2012福建t1d 叶片黄化 叶绿体对红光的吸收增多 分析 叶片黄化后 叶绿素减少 剩余类胡萝卜素 主要吸收蓝紫光 3 2011浙江t1a 破坏叶绿体外膜后 o2不能产生 分析 o2是在类囊体膜上产生的 破坏叶绿体外膜后 没有完全破坏叶绿体结构 4 植物体自身的遗传特性可以影响光合速率 分析 影响光合速率的因素很多 既有内部因素也有外界环境因素 植物体自身的遗传特性 如阴生植物 阳生植物 是内部因素之一 5 暗反应必须在无光条件下进行 分析 光合作用的暗反应不需要光 但在有光条件下才能持续进行 6 无色透明塑料大棚比绿色塑料大棚光合作用效率高 分析 无色透明塑料大棚中各色光均能透过 绿色大棚主要透过绿色光 其他光被吸收 所以用无色透明大棚的光合作用效率高 7 光反应生成的活跃化学能只储存在atp中 分析 光反应生成的活跃化学能储存在atp和nadph中 考点一光合作用的过程1 光反应与暗反应的比较 2 三种基本元素在光合作用过程中的去向co2 h2o ch2o o2h2oo2 1 氧元素co2 ch2o 2 碳元素 co2c3 ch2o 3 氢元素 h2onadph ch2o 3 光照和co2浓度变化对光合作用物质含量变化的影响当外界条件改变时 光合作用中c3 c5 nadph atp的含量变化可以采用下图分析 分析 高考警示 1 光合作用光反应产生的atp只用于暗反应阶段 不能用于其他生命活动 其他生命活动所需atp只能来自细胞呼吸 2 co2中的c先进入c3 然后进入 ch2o 3 环境骤变后短时间内物质相对含量变化中c3和c5的变化是相反的 nadph和atp含量变化是一致的 典例1 如下图所示 图甲为叶绿体结构与功能示意图 图乙表示一株小麦叶片细胞内c3相对含量在一天24h内的变化 请据图分析 1 图甲中a b c d分别表示参与光合作用或光合作用生成的物质 则a b c d依次是 2 从图甲可知 在a中发生的反应称为 在a中含有的参与此过程的物质是 a中发生的能量变化过程是 3 在叶绿体色素的提取和分离实验中 滤纸条上扩散速度最快的色素是 4 图乙中 从 点开始合成有机物 至 点有机物合成终止 5 ab段c3含量较高 其主要原因是 6 g点c3含量极少 其原因是 7 g点与f点相比 叶绿体中nadph 还原氢 含量较 填 高 或 低 解析 本题的解题关键是识图 从图中判断出光合作用进行的各个阶段 在图甲中考查的是叶绿体的结构及功能 a结构为叶绿体类囊体膜 其上发生的是光反应 原料是水 产物是氧气和nadph atp 参与此过程的物质有色素和酶 发生的能量变化过程为光能atp中活跃的化学能 在叶绿体基质中发生的是暗反应 原料是b 二氧化碳 d c5 nadph atp 产物是有机物 c5 adp和pi 图甲中c为c3 图乙为c3含量与时间的关系图 开始合成有机物时c3的含量开始下降 有机物合成终止时c3的含量不再变化 ab段c3含量高的原因是无光 不能进行光反应 不能产生nadph和atp c3不能被还原 g点c3含量极低 原因是中午气孔关闭 co2供应不足 c3的生成受抑制而c3的还原继续 g点与f点相比 叶绿体中nadph的含量要高 答案 1 h2o co2 c3 c5 2 光反应色素和酶等光能 atp中活跃的化学能 3 胡萝卜素 4 b 5 无光照不进行光反应 不能产生nadph和atp c3不能被还原 6 中午气孔关闭 叶肉细胞内co2含量低 co2的固定减弱 即c3的生成受抑制而c3的还原继续 7 高 变式训练 如图为光合作用过程示意图 在适宜条件下栽培小麦 如果突然将c降低至极低水平 其他条件不变 则a b在叶绿体中含量的变化将会是 a a上升 b下降b a b都上升c a b都下降d a下降 b上升 解析 选b 由图解分析 c是co2 a和b是nadph atp 若在其他条件不变的情况下 将c降低至极低水平 co2的固定减弱 c3还原减慢 消耗nadph和atp减少 则a b在叶绿体中含量将会都上升 考点二光合作用速率的影响因素及应用1 单因子对光合作用速率影响的分析 1 光照强度 曲线分析 a点 光照强度为0 此时只进行细胞呼吸 co2释放量表明此时的呼吸强度 ab段 光照强度增大 光合作用逐渐加强 co2的释放量逐渐减少 有一部分用于光合作用 此段细胞呼吸强度大于光合作用强度 b点 光补偿点 即光合作用强度 细胞呼吸强度 细胞呼吸释放的co2全部用于光合作用 bc段 随着光照强度不断加强 光合作用不断加强 到c点不再加强 称c点对应的光照强度为光饱和点 应用 阴生植物的光补偿点和光饱和点比较低 如图中虚线所示 间作套种时农作物的种类搭配 林带树种的配置 冬季温室栽培等都与光补偿点有关 2 co2浓度 含水量和矿质元素 曲线分析 co2和水是光合作用的原料 矿质元素直接或间接影响光合作用 在一定范围内 co2 水和矿质元素越多 光合作用速率越快 但到a点时 即co2 水 矿质元素达到饱和时 就不再增加了 应用 正其行 通其风 温室内充co2 即提高co2浓度增加产量的方法 合理灌溉 施肥 可促进叶片面积增大 提高酶的合成速率 增加光合作用速率 3 温度 曲线分析 光合作用是在酶催化下进行的 温度直接影响酶的活性 一般植物在10 35 下正常进行光合作用 其中ab段 10 35 随温度的升高而逐渐加强 b点 35 以上光合酶活性下降 光合作用开始下降 50 左右光合作用停止 应用 冬天 温室栽培可适当提高温度 夏天 温室栽培可适当降低温度 白天调到光合作用最适温度 以提高光合作用 晚上适当降低温室温度 以降低细胞呼吸 保证有机物的积累 2 多因子对光合作用速率影响的分析 1 曲线分析 p点 限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子 随着因子的不断加强 光合速率不断提高 q点 横坐标所表示的因素不再是影响光合速率的因子 影响因素主要为各曲线所表示的因子 2 应用 温室栽培时 在一定光照强度下 白天适当提高温度 增加光合酶的活性 提高光合速率 也可同时适当增加co2 进一步提高光合速率 当温度适宜时 可适当增加光照强度和co2浓度以提高光合速率 思维拓展 由影响光合作用的因素可联系的知识 1 温度影响酶的活性 从而影响光合作用 呼吸作用及一系列代谢活动 如人在发烧时会出现食欲不振的现象 原因是酶的活性降低 2 结构与功能相适应的生物学观点 阴生植物不能在强光下生长的根本原因是遗传物质决定了阴生植物的结构中酶的含量 色素的含量等比阳生植物少 考查角度1结合曲线图考查影响植物光合作用的因素 典例2 下图为某植物光合作用速率与环境因素之间的关系 请据图回答 1 甲图表示在光照弱的情况下 光合作用随 的增加成正比例增加 这种情况下 可以认为此时影响光合作用的过程是 阶段 2 从图甲可知 光照强度超过某一强度时 光合作用不再增强 且有稳定发展的趋势 这种变化主要决定于 此时光合作用的 阶段受到限制 3 图乙中出现cd段的原因是 4 请在图甲中绘制50 时植物光合作用速率变化的曲线 5 根据图甲 在图乙中绘制光照强度为a时 不同温度下光合作用速率变化的曲线 解析 1 光合作用速率受光照强度 温度和co2浓度等因素影响 本题只研究了光照强度和温度对植物光合作用的影响 由图甲可以看出 光照弱时 光合作用速率随光照强度的增加而上升 此时外界条件主要影响光反应阶段 而与温度无关 2 当光照强度超过某一值时 温度又成了限制因素 此时光合作用的暗反应阶段受到限制 3 超过最适温度时 随着温度升高 酶活性下降 光合作用速率下降 4 由图乙可以看出 在50 时光合作用速率大于20 而小于30 时的速率 可在图甲中相应画出 5 由图甲看出 在光照强度为a时 光合作用速率与温度变化无关 可在图乙中相应画出 答案 1 光照强度光反应 2 温度暗反应 3 酶活性降低 光合作用速率降低 4 如图甲 5 如图乙 变式训练 为探究影响光合作用强度的因素 将同一品种玉米苗置于25 条件下培养 实验结果如图所示 以下说法正确的是 a 施肥与co2吸收量无关b 与b点相比 a点条件下限制co2吸收量的主要因素是光照强度c 与d点相比 限制c点玉米苗吸收co2的主要因素是土壤含水量d 与c点相比 a点施肥过少 限制了co2吸收量 解析 选c 据图示可知 当土壤含水量介于40 60 时 在光照强度相同的条件下 施肥后co2吸收量比未施肥时明显增多 a错 图中a b是在光照强度相同的条件下获得的co2吸收量 因此a b的不同与光照强度无关 从图中可以看出 a b的不同是因为土壤含水量不同所致 b错 同时根据对b项的分析 可知c项是对的 a c两点co2吸收量不同的原因是光照强度不同 与施肥无关 d错 考查角度2通过实验综合考查光合作用 典例3 2011 安徽高考 保水剂是一类高分子聚合物 可提高土壤持水能力及水肥利用率 某生物兴趣小组为探究 保水剂和氮肥对小麦光合作用的影响 进行了以下实验 材料用具 相同土壤基质栽培的小麦幼苗若干 保水剂 氮肥等 方法步骤 选取长势一致的小麦幼苗若干 平均分为a b c三组 分别施用适量的保水剂 60kg hm 2 氮肥 255kg hm 2 保水剂 60kg hm 2 氮肥 255kg hm 2 置于相同的轻度干旱条件下培养 其他培养条件相同且适宜 在小麦灌浆期选择晴朗无风的上午 于10 00 11 00从每组选取相同数量的叶片 进行co2吸收量及叶绿素含量的测定 结果 均值 如下表 实验结论 适量的保水剂与氮肥配施有利于提高小麦光合作用强度 1 请指出上述方法步骤中的缺陷并改正 步骤 步骤 2 如不考虑方法步骤中的缺陷 从影响光合作用的内在因素分析 保水剂与氮肥配施提高了co2吸收量的原因可能是 3 实验测得的co2吸收量 大于 等于 小于 光合作用过程中co2实际消耗量 理由是 光合作用强度可通过测定co2吸收量 也可以通过测定 释放量计算 解析 1 步骤 中缺少一组既无保水剂又无氮肥的空白对照 步骤 中选取的叶片不仅数量相同 其他方面 如叶片大小等也应相同 从而保证单一变量 2 由表格数据可知 施用保水剂的a c两组的叶绿素含量都高于无保水剂的b组 说明保水剂有利于叶绿素的合成 又由于氮是叶绿素和酶的组成元素 因此保水剂与氮肥配施有利于叶绿素的合成 或有利于光合作用有关酶的合成 从而提高了co2吸收量 3 光合作用过程中 co2实际消耗量 实验测得的co2吸收量 细胞呼吸释放出的co2量 光合作用强度除了用co2吸收量表示 还可用o2释放量表示 答案 1 应增加一组空白对照组应该选取相同位置 相同数量 相同大小的绿色叶片 2 在水分和氮肥供应充足的条件下 更有利于叶绿素的合成 或有利于光合作用有关酶的合成 3 小于小麦自身呼吸还生成一部分co2 可用于光合作用o2 变式训练 抽除叶片中的空气后放入盛有新制的冷开水的三角瓶中 研究环境因子对光合作用的影响 下表四组中可以说明co2对光合作用影响的是 a 1号b 2号和4号c 3号和4号d 1号和4号 解析 选d 研究环境因子co2对光合作用的影响 应以co2的有无为自变量 其他条件相同且适宜 其中2号和4号对照说明光照与否对光合作用的影响 3号和4号对照说明温度对光合作用的影响 1号和4号对照说明co2对光合作用的影响 拓展延伸 光合作用的探究历程 备选典例 如图表示在较强光照且温度相同以及水和小球藻悬浮液的质量相等的条件下 小球藻进行光合作用的实验示意图 一段时间后 以下相关比较不正确的是 a y2的质量大于y3的质量b 中小球藻悬浮液的质量大于 中小球藻悬浮液的质量c 中水的质量大于 中水的质量d 试管 的质量大于试管 的质量 解析 选c y1和y3是o2 y2和y4是18o2 因此y2的质量大于y3 中小球藻悬浮液中含有 ch218o 而 中小球藻悬浮液含有 ch2o 故 中小球藻悬浮液质量大于 中的 和 中的水都为h218o 且含量相同 因此质量相等 在试管 和 原有质量相等的情况下 中释放出的是18o2 而 中释放出的是o2 故剩余质量 大于 变式训练 如图为水绵结构模式图 恩吉尔曼进行光合作用实验时 把载有水绵和好氧细菌的临时装片放在没有空气的黑暗环境里 然后用极细光束对水绵细胞的不同部位 如a处 做点状投射 发现水中的好氧细菌明显聚集在叶绿体被光投射处 若将装片完全暴露在光下 好氧细菌则分布在叶绿体所有受光部位 此实验证明了 a 氧气是由水分解来的b 叶绿体是光合作用的场所c 光合作用能产生淀粉d 光合作用需以二氧化碳作原料 解析 选b 在没有空气的黑暗环境里 用极细光束对水绵细胞的不同部位做点状投射 好氧细菌聚集在叶绿体被光投射处 其他部位不聚集 说明被极细光束照到的叶绿体产生了氧气 若装片完全暴露在光下 好氧细菌分布在叶绿体所有受光部位 这又进一步说明叶绿体受光部位产生了氧气 光合作用和细胞呼吸中典型曲线的分析 典例 2013 杭州模拟 将一植物放在密闭的玻璃罩内 置于室外进行培养 用co2浓度测定仪测得了该玻璃罩内co2浓度的变化情况 绘成如图曲线 下列有关说法正确的是 bc段较ab段co2浓度增加减慢 是因为低温使植物细胞呼吸减弱 co2浓度下降从de段开始 说明植物进行光合作用是从d点开始的 fg段co2浓度下降不明显 是因为气孔关闭 叶片对co2的吸收减少 h点co2浓度最低 说明此时植物对co2的吸收最多 光合作用最强a b c d 解析 选c bc段是夜间2点到4点 气温较低 植物细胞呼吸较弱 产生的二氧化碳较少 玻璃罩内二氧化碳浓度增加较慢 故 正确 d点指早晨6点 光合作用速率等于细胞呼吸速率 错误 fg段指中午12点左右 阳光很强 为减少水分散失 气孔关闭 叶片对co2的吸收减少 光合作用减弱 故co2浓度下降不明显 正确 经过白天co2的吸收 h点co2浓度最低 此时光合作用强度等于细胞呼吸强度 de段co2的吸收速率最快 光合作用最强 错误 方法归纳 曲线图可以表示光合作用和细胞呼吸过程中co2与有机物的变化情况 具体分析如下 1 光合作用与细胞呼吸典型曲线上各点的分析 有关光合作用和细胞呼吸关系的变化曲线图中 最典型的就是夏季的一天中co2的吸收和释放变化曲线图 如图1所示 曲线的各点含义及形成原因分析如下 a点 凌晨3时 4时 温度降低 细胞呼吸强度减弱 co2释放减少 b点 上午6时左右 太阳出来 开始进行光合作用 bc段 光合作用强度小于细胞呼吸强度 c点 上午7时左右 光合作用强度等于细胞呼吸强度 ce段 光合作用强度大于细胞呼吸强度 d点 温度过高 部分气孔关闭 出现 午休 现象 e点 下午6时左右 光合作用强度等于细胞呼吸强度 ef段 光合作用强度小于细胞呼吸强度 fg段 太阳落山 光合作用停止 只进行细胞呼吸 2 有机物产生与消耗情况的分析 见图2 积累有机物时间段 ce段 c点和e点时 光合作用强度与细胞呼吸强度相等 c e由于光照强度的增强 光合作用强度大于细胞呼吸强度 故不断积累有机物 制造有机物时间段 bf段 b点大约为早上6点 太阳升起 有光照 开始进行光合作用 f点大约为下午6点 太阳落山 无光 停止光合作用 消耗有机物时间段 og段 一天24小时 细胞的生命活动时刻在进行 即不停地消耗能量 故细胞呼吸始终进行 一天中有机物积累最多的时间点 e点 白天 光合作用强度大于细胞呼吸强度 积累有机物 e点后 随着光照的减弱 细胞呼吸强度大于光合作用强度 故e点时积累的有机物最多 一昼夜有机物的净积累量表示 sp sm sn sp表示白天的净积累量 sm和sn表示夜晚的净消耗量 故sp sm sn 为一昼夜的净积累量 易错提醒 1 图1与典例图中纵坐标的含义不同 前者表示细胞吸收或释放二氧化碳的量 后者表示容器内二氧化碳浓度 2 曲线的坡度表示反应速率的大小 坡度越大 表明光合作用或呼吸作用速率越大 3 典例图中的点d h是曲线的拐点 表明光合作用强度等于细胞呼吸强度 分别对应于图1中的c e点 变式训练 某生物兴趣小组在密闭玻璃温室内进行植物栽培实验 他们对温室内co2含量 o2含量及co2吸收速率进行了24h测定 得到如图所示曲线 则以下说法中正确的是 a c e两点的光合速率为零b c d之间的区段光合速率大于呼吸速率c de段光合速率小于呼吸速率d 进行细胞呼吸的区段只有ab段和fg段 解析 选b c e两点的净光合速率为零 即光合速率等于呼吸速率 c e之间的区段光合速率大于呼吸速率 ag区段均进行细胞呼吸 1 关于叶绿体色素在光合作用过程中作用的描述 错误的是 a 叶绿体色素与atp的合成有关b 叶绿体色素参与atp的分解c 叶绿体色素与o2和nadph的形成有关d 叶绿体色素能吸收和传递光能 解析 选b 叶绿体中色素分子在光合作用的光反应中吸收光能 并将光能转化为电能 转化成的电能一部分用于水的光解 产生氧气和nadph 一部分利用adp和pi合成atp 而不参与atp的分解 2 下图为高等绿色植物光合作用图解 以下说法正确的是 a 是光合色素 分布在叶绿体和细胞质基质中b 是氧气 可参与有氧呼吸的第三阶段c 是c3 能被氧化为 ch2o d 是atp 在叶绿体基质中生成 解析 选b 根据光合作用图解可知 图中 是光合色素 分布在叶绿体类囊体膜 基粒 上 是氧气 可参与有氧呼吸的第三阶段 与有氧呼吸第一 二阶段产生的nadph结合生成水 释放大量的能量 是c3 在由光反应阶段提供的nadph和atp的作用下被还原 生成 ch2o 和c5 是atp 在叶绿体类囊体膜 基粒 上生成 3 2013 石嘴山模拟 生长于较弱阳光下的植物 当提高co2浓度时 光合作用速度并未加快 对这一现象最可能的解释是 a 呼吸作用受阻影响光合作用b 使c3还原的还原剂和atp不足c 暗反应过程的酶在弱光条件下活性低d 呼吸作用强 大量消耗光合作用产物 解析 选b 较弱阳光 光照不足 光反应减弱 产生的nadph和atp少 致使c3还原过程缺少还原剂和能量 b正确 4 下图为叶绿体的亚显微结构图 下列关于其结构与功能的叙述不正确的是 a 和 均为选择透过性膜b 上分布有与光反应有关的色素和酶c 在 上形成的产物nadph和atp进入 中为暗反应提供物质和能量d 中进行的反应使atp进入糖类等有机物中 解析 选d 和 表示叶绿体的外膜和内膜 为生物膜 具有选择透过性 为基粒 其上分布着光反应所需的色素和酶 光反应的产物nadph和atp进入 叶绿体基质中 为暗反应提供还原氢和能源物质atp atp水解后将活跃的化学能转变成有机物中稳定的化学能 而非直接将atp转移到有机物中 5 将一新鲜叶片放在特殊的装置内 给予不同强度的光照 其他条件保持不变 测得氧气释放速率如下表所示 下列对该数据的分析 错误的是 a 该叶片细胞呼吸吸收o2的速率是0 2 l cm 2叶面 min 1b 当光照强度为2klx时 光合作用释放o2的速率与细胞呼吸吸收o2的速率基本相等c 当光照强度为8klx时 光合作用产生o2的速度为0 8 l cm 2叶面 min 1d 当光照强度超过10klx时 光合作用速率不再提高 解析 选c 光照强度为0klx时 只进行细胞呼吸 呼吸速率为0 2 l cm 2叶面 min 1 当光照强度为2klx时 o2释放速率为零 表明光合作用释放o2的速率与细胞呼吸吸收o2的速率基本相等 当光照强度为8klx时 光合作用产生o2的速率为0 8 0 2 1 l cm 2叶面 min 1 当光照强度超过10klx时 o2释放速率不再增加 说明光合作用速率不再提高 6 2013 青岛模拟 下图为叶绿体结构与功能示意图 请据图回答 1 该图应为 下观察到的结构图 2 在a中发生的反应称 参与此反应的主要物质有 3 co2进入叶绿体后 在基质中经 后形成甲物质 若突然停止光照 c3的含量变化曲线是下图中的 填图中字母 其原因为 4 能溶解于无水乙醇的是存在于a结构的 其中决定叶片绿色的是 解析 本题考查叶绿体的亚显微结构和功能 a是叶绿体的基粒 上面分布有色素和酶 是光反应进行的场所 b是叶绿体基质 分布有大量的酶 是暗反应进行的场所 co2进入叶绿体后经固定和还原后形成有机物 甲 光反应为暗反应提供atp和nadph 当突然停止光照后 c3的还原减弱 出现积累现象 含量上升后稳定在一定水平上 答案 1 电子显微镜 2 光反应色素 酶等 3 固定和还原b缺少还原c3所需要的atp和nadph 4 色素叶绿素 7 2012 山东高考 夏季晴朗的一天 甲 乙两株同种植物在相同条件下co2吸收速率的变化如下图所示 下列说法正确的是 a 甲植株在a点开始进行光合作用b 乙植株在e点有机物积累量最多c 曲线b c段和d e段下降的原因相同d 两曲线b d段不同的原因可能是甲植株气孔无法关闭 解题指南 解答本题的关键是 1 明确a e点的含义 2 明确b c段和d e段下降的原因 解析 选d 从图中可以看出 a点时光合作用速率等